Messfehler

Messfehler bezeichnet die Abweichung des gemessenen Wertes vom wahren Wert einer Größe. Die Größe des Fehlers hängt von verschiedenen Unsicherheiten ab, die bei einer Messung auftreten können. In der Praxis unterscheidet man primär zwischen systematischen und zufälligen Messfehlern.

Systematische Fehler (Bias) verschieben das Ergebnis konstant oder in einer bestimmten Richtung. Sie entstehen durch Kalibrierungsfehler, fehlerhafte Nullabgleiche, ungenaue Messmethoden oder konstante Umweltbeeinflussungen. Systematische Fehler lassen sich oft durch Kalibrierung, Korrekturgleichungen oder bessere Messverfahren reduzieren.

Zufällige Fehler (statistische Fehler) resultieren aus unvorhersehbaren Fluktuationen des Messsignals, der Messumgebung oder des Messgeräts. Sie zeigen sich als Streuung der Messwerte und können durch wiederholte Messungen verringert werden. Die Streuung wird häufig durch die Standardabweichung beschrieben; der Mittelwert mehrerer Messungen liefert eine bessere Schätzung des wahren Werts.

Wichtige Größen im Zusammenhang mit Messfehlern sind der absolute Fehler, der Abstand zwischen gemessenem Wert und wahrem Wert, und der relative Fehler, der den absoluten Fehler in Bezug auf den wahren Wert setzt (in der Praxis oft als Prozentwert angegeben). Da der wahre Wert in der Regel unbekannt ist, wird statt dessen oft die Messunsicherheit angegeben, die alle bekannten Einflussgrößen umfasst und deren Ausmaß statistisch beschrieben wird.

Zur Quantifizierung der Messunsicherheit dienen Konzepte wie die Fehlerfortpflanzung und Normen wie der Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM). Maßnahmen zur Verringerung der Messfehler umfassen Kalibrierung, kontrollierte Umgebungsbedingungen, geeignete Messmethoden und statistische Auswertungsverfahren.